第1章緒論/ 1



1.1海洋裝備液壓傳動的發展概況/ 1



1.2液壓傳動的工作原理及其組成部分/ 2



1.2.1液壓傳動的工作原理/ 2



1.2.2液壓傳動繫統的組成與圖形符號/ 2



1.3海洋裝備液壓傳動的優缺點/ 4



1.3.1海洋裝備液壓傳動的優點/ 4



1.3.2海洋裝備液壓傳動的缺點/ 6



1.4液壓傳動在海洋裝備中的應用/ 7



1.4.1液壓傳動與海洋油氣資源開發裝備/ 7



1.4.2液壓傳動與海洋新能源利用裝備/ 8



1.4.3液壓傳動與水下航行器/ 8







第2章海洋液壓流體力學基礎/ 10



2.1海洋裝備液壓油/ 10



2.1.1海洋裝備液壓油的種類/ 10



2.1.2海水液壓油的優缺點/ 10



2.1.3液壓油的性質/ 11



2.1.4對海洋裝備液壓油的要求/ 15



2.1.5海洋裝備液壓油的選擇/ 15



2.1.6海洋裝備液壓油的污染與防治/ 16



2.2液體靜力學/ 17



2.2.1靜壓力及其特性/ 17



2.2.2重力作用下靜止液體中的壓力分布（靜力學基本方程）/ 18



2.2.3壓力的表示方法和單位/ 19



2.2.4靜止液體中壓力的傳遞（帕斯卡原理）/ 20



2.2.5液體靜壓力作用在固體壁面上的力/ 21



2.3液體動力學/ 22



2.3.1基本概念/ 22



2.3.2連續性方程/ 25



2.3.3伯努利方程/ 26



2.3.4動量方程/ 32



2.4流動阻力和能量損失（壓力損失）/ 34



2.4.1流動阻力及能量損失（壓力損失）的兩種形式/
34



2.4.2流體的兩種流動狀態/ 35



2.4.3圓管層流/ 38



2.4.4圓管紊流/ 39



2.4.5沿程阻力繫數λ/ 41



2.4.6局部阻力繫數ξ/ 43



2.5孔口和縫隙流量/ 45



2.5.1孔口流量/ 45



2.5.2縫隙流量/ 47



2.6空穴現像和液壓衝擊/ 49



2.6.1空穴現像/ 49



2.6.2液壓衝擊/ 50







第3章液壓泵及液壓馬達/ 53



3.1液壓泵概述/ 53



3.1.1液壓泵的基本工作原理/ 53



3.1.2液壓泵的分類/ 54



3.1.3液壓泵的圖形符號/ 54



3.1.4液壓泵的主要性能參數/ 54



3.1.5液壓泵特性及檢測/ 56



3.2齒輪泵/ 58



3.2.1外囓合齒輪泵的結構及工作原理/ 58



3.2.2外囓合齒輪泵的流量計算/ 59



3.2.3齒輪泵結構中存在的問題及解決措施/ 59



3.2.4內囓合齒輪泵/ 61



3.2.5齒輪泵的優缺點/ 61



3.3葉片泵/ 62



3.3.1雙作用式葉片泵/ 62



3.3.2單作用式葉片泵/ 65



3.3.3雙聯葉片泵/ 68



3.3.4葉片泵的優缺點/ 69



3.4柱塞泵/ 69



3.4.1徑向柱塞泵/ 70



3.4.2軸向柱塞泵/ 71



3.4.3柱塞泵的優缺點/ 73



3.4.4柱塞泵在海洋中的應用/ 73



3.5螺杆泵/ 74



3.6液壓馬達簡介/ 75



3.6.1液壓馬達的分類/ 75



3.6.2液壓馬達的工作原理/ 75



3.6.3液壓馬達的主要性能參數/ 76



3.6.4液壓馬達的圖形和符號/ 77



3.7液壓泵的性能比較及應用/ 78







第4章液壓缸/ 79



4.1液壓缸種類和特點/ 79



4.1.1活塞缸/ 79



4.1.2柱塞缸/ 82



4.1.3擺動缸/ 83



4.1.4其他形式的液壓缸/ 84



4.2海洋液壓缸結構/ 85



4.2.1缸筒及缸蓋組件/ 85



4.2.2活塞與活塞杆組件/ 87



4.2.3緩衝裝置/ 93



4.2.4排氣裝置/ 94



4.3液壓缸的設計與計算/ 94



4.3.1液壓缸的設計依據與步驟/ 95



4.3.2液壓缸的主要尺寸確定/ 95



4.3.3強度及穩定性校核/ 97



4.3.4緩衝計算/ 99







第5章液壓控制閥/ 101



5.1液壓控制閥概述/ 101



5.1.1液壓閥的分類/ 101



5.1.2海洋裝備對液壓閥的基本要求/ 102



5.1.3液壓閥在海洋環境中的應用方法/ 102



5.2方向控制閥/ 103



5.2.1單向閥/ 103



5.2.2換向閥/ 104



5.3壓力控制閥/ 110



5.3.1溢流閥/ 110



5.3.2減壓閥/ 115



5.3.3順序閥/ 117



5.3.4壓力繼電器/ 118



5.4流量控制閥/ 119



5.4.1節流口的流量特性/ 120



5.4.2節流閥/ 121



5.4.3調速閥/ 124



5.4.4溫度補償調速閥/ 125



5.4.5溢流節流閥/ 126



5.4.6分流集流閥/ 127



5.5其他類型的控制閥/ 129



5.5.1比例控制閥/ 129



5.5.2插裝閥（邏輯閥）/ 133



5.5.3疊加閥/ 136







第6章液壓輔助裝置/ 137



6.1蓄能器/ 137



6.1.1蓄能器的功用/ 137



6.1.2蓄能器的分類/ 138



6.1.3蓄能器的容量計算/ 140



6.1.4蓄能器的安裝和使用/ 141



6.2油箱及熱交換器/ 141



6.2.1油箱的作用和結構/ 141



6.2.2油箱的設計要點/ 142



6.2.3油箱容積的確定/ 143



6.2.4熱交換器/ 143



6.3過濾器/ 145



6.3.1過濾器的功用/ 145



6.3.2過濾器的性能指標/ 145



6.3.3過濾器的典型結構/ 146



6.3.4過濾器的選用/ 149



6.3.5過濾器的安裝/ 149



6.4連接件/ 150



6.4.1油管/ 150



6.4.2管接頭/ 152



6.5密封裝置/ 153



6.5.1O形圈密封/ 154



6.5.2間隙密封/ 154



6.5.3壓力補償器/ 156







第7章海洋液壓基本回路/ 158



7.1海洋壓力控制回路/ 159



7.1.1海洋調壓回路/ 159



7.1.2海洋減壓回路/ 160



7.1.3海洋增壓回路/ 160



7.1.4海洋保壓回路/ 161



7.1.5海洋卸荷回路/ 163



7.1.6海洋平衡回路/ 163



7.1.7海洋鎖緊回路/ 164



7.2海洋速度控制回路/ 164



7.2.1海洋調速回路/ 164



7.2.2海洋快速運動回路/ 177



7.2.3海洋速度換接回路/ 179



7.2.4海洋工程裝備實例/ 180



7.3方向控制回路/ 186



7.3.1簡單方向控制回路/ 186



7.3.2復雜方向控制回路/ 186



7.4件控制回路/ 188



7.4.1順序動作回路/ 188



7.4.2同步回路/ 192



7.4.3多缸工作運動互不干擾回路/ 194



7.5深海壓力補償技術/ 195



7.5.1壓力補償技術/ 196



7.5.2深海油箱設計實例/ 196



7.5.3壓力補償技術的應用/ 198







第8章海洋裝備典型液壓繫統/ 200



8.1液壓繫統圖的閱讀和分析方法/ 200



8.1.1液壓繫統圖的閱讀/ 200



8.1.2液壓繫統圖的分析/ 201



8.2120kW漂浮式液壓海浪發電站/ 201



8.2.1概述/ 201



8.2.2120kW漂浮式液壓海浪發電站液壓繫統工作原理/ 202



8.3“蛟龍號”液壓繫統/ 203



8.3.1概述/ 203



8.3.2“蛟龍號”液壓繫統的工作原理/ 204



8.3.3“蛟龍號”液壓繫統的特點/ 204



8.4海底底質聲學現場探測設備液壓繫統/ 206



8.4.1概述/ 206



8.4.2海底底質聲學現場探測設備液壓繫統的工作原理/
206



8.5海水泵架液壓油缸升降繫統/ 207



8.5.1概述/ 207



8.5.2海水泵架液壓油缸升降繫統的工作原理/ 208



8.5.3海水泵架液壓油缸升降繫統的特點/ 209



8.6深水水平連接器的液壓繫統/ 209



8.6.1概述/ 209



8.6.2深水水平連接器的液壓繫統的工作原理/ 211



8.7海洋固定平臺模塊鑽機轉盤的液壓繫統/ 213



8.7.1概述/ 213



8.7.2海洋固定平臺模塊鑽機轉盤液壓繫統的工作原理/
214



8.7.3海洋固定平臺模塊鑽機轉盤液壓繫統的特點/
215







第9章海洋裝備液壓繫統的設計與計算/ 216



9.1概述/ 216



9.2明確繫統的設計要求/ 216



9.3分析工況編制負載圖/ 217



9.4確定繫統的主要參數/ 219



9.5擬訂繫統原理圖/ 221



9.6選件/ 224



9.7繫統性能的驗算/ 232



9.8繪制工作圖、編制技術文件/ 235







第10章液壓伺服繫統/ 237



10.1概述/ 237



10.1.1液壓伺服繫統的工作原理/ 237



10.1.2液壓伺服繫統的構成/ 238



10.1.3液壓伺服繫統的分類/ 240



10.2典型的液壓伺件/ 240



10.2.1滑閥/ 240



10.2.2射流管閥/ 243



10.2.3噴嘴擋板閥/ 243



10.3電液伺服閥在海洋裝備液壓繫統中的應用/ 245



10.3.1噴嘴擋板式電液伺服閥的組成/ 246



10.3.2電液伺服閥的特性/ 246



10.3.3電液伺服閥的選用/ 248



10.3.4電液伺服閥的研究現狀和在海洋裝備中的應用/
250







附錄/ 254



附錄1常用液壓（輔）件圖形符號（摘自GB/T
786.1—2009）/ 254



附錄2常件、回路、繫統故障與排除措施/ 260







參考文獻/ 276







索引/ 277

液壓技術的應用已有200餘年的歷史。1795年，世界上臺水壓機問世。然而，直到20世紀30年代，液壓傳動纔真正得到推廣應用。液壓傳動具有剛性好、結構緊湊、承載能力強、功率重量比大、響應速度快、遠距離控制靈活等特點，十分適合在海洋裝備中進行應用。液壓技術在海洋方面開始應用於艦載火炮的回轉、俯仰以及操舵裝置。第二次世界大戰後，液壓技術開始應用到漁船的絞車等裝置上。隨著海洋活動的增加和液壓產品性能的提升，液壓技術逐漸應用到各種船舶、海洋鑽井平臺、深海探測器以及新能源開發裝置等海洋裝備中。



海洋環境的特殊性給液壓技術帶來了新的技術問題，如遠距離控制、密封與潤滑、壓力補償、防腐蝕、失效與故障診斷等。這些問題的解決對液壓技術在海洋裝備中的應用有重要意義。



筆者近年來一直從事液壓繫統的比例與伺服控制（流體動力控制）、海洋可再生能源、深海裝備開發利用技術、機械繫統智能控制與動態檢測技術的研究工作，在海洋工程和液壓傳動交叉技術領域積累了大量的科研成果和工程經驗，對液壓繫統在海洋裝備中的應用有較為深入和全面的了解。因此，為了推動我國海洋工程裝備的發展，普及液壓技術的相關知識，促進其在海洋中的可靠廣泛應用，基於筆者的專業積累，編著此書。



本書全面介紹了液壓流體力學基礎、主器件、液壓基本回路、液壓伺服繫統及其在海洋中的應用，總共分為10章。第1章為緒論，主要介紹了海洋裝備液壓傳動的發展概況、液壓傳動的工作原理及其組成部分，海洋裝備液壓傳動的特點及應用概況。第2章主要介紹了海洋裝備中液壓繫統的流體力學基礎知識，包括液壓油、靜力學、動力學、流動阻力和能量損失、孔口和縫隙流量、空穴現像和液壓衝擊等。第3～6章分別介紹了液壓泵和液壓馬達、液壓缸、液壓控制閥及液壓輔助裝置的分類、特點、計算和應用等。第7章介紹了幾種液壓基本回路，並補充了深海壓力補償技術。第8章介紹了幾種典型的海洋裝備液壓繫統，
是筆者近三十年在液壓技術和海洋工程交叉領域科研、設計、制造、調試方面所做的相關工作，如120kW漂浮式液壓海浪發電站、“蛟龍號”液壓繫統、海底底質聲學現場探測設備液壓繫統等，這些實例旨在提高讀者對海洋裝備液壓技術的認識，啟發我們探索更多更可靠更先進的技術。第9章給出了海洋裝備液壓繫統的設計和計算步驟及實例。第10章介紹了液壓伺服繫統及其在海洋裝備中的應用。



本書由山東大學機械工程學院、高效淨機械制造*重點實驗室、海洋研究院劉延俊、薛鋼編著。在編寫工程中張偉、張健、劉科顯、丁洪鵬、武爽、孫景餘、楊曉瑋、顏飛、丁梁鋒、劉婧文、漆焱做了大量的文獻查閱、資料整理等工作。



感謝本書編寫過程中給予大力支持的單位和個人。由於筆者學識水平有限，書中不足之處在所難免，懇請廣大讀者和從事相關研究的專家及同行們批評指正。